В. В. Задорожный1, А. Ю. Ларин2, Н. И. Чиков3
1–3 ФГУП «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи» (г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. При производстве излучающих систем (ИС) активных фазированных антенных решеток (АФАР) наряду с основными параметрами (полосой рабочих частот, коэффициентом стоячей волны, коэффициентом направленного действия, сектором электронного сканирования, шириной диаграммы направленности) важное значение имеют такие параметры, как масса, габаритные размеры, стоимость и технологичность производства. При создании ИС разработчики стремятся получить максимально возможные технические параметры с учетом имеющихся технологий и установленных ограничений на себестоимость производства. С целью улучшения параметров излучателей и других составных частей АФАР разрабатываются новые технологии и конструктивные решения.

Цель. Рассмотреть основные конструкции ИС, используемых для построения АФАР, и провести обзор современного состояния и перспектив их развития.

Результаты. Отмечено, что уменьшение высоты профиля вибраторных излучателей достигается за счет выбора формы симметрирующего устройства, линии питания и введением дополнительных пассивных излучателей, что позволяет уменьшить профиль на 30% с 0,25λ0 до 0,175λ0. Установлено, что дальнейшее снижение высоты профиля вибраторных излучателей обеспечивается использованием подложки из метаматериалов, что дает возможность уменьшить профиль на 78% с 0,25λ0 до 0,055λ0 при относительной рабочей полосе частот 13,7% по уровню КСВ ≤ 2. Показано, что значительное снижение высоты профиля ИС и расширение полосы рабочих частот достигается применением связанных излучателей.

Практическая значимость. Приведены основные методы повышения технологичности изготовления ИС, методы расширения полосы рабочих частот, а также методы уменьшения стоимости и высоты профиля ИС.

Задорожный В.В., Ларин А.Ю., Чиков Н.И. Современное состояние и перспективы развития излучающих систем активных фазированных антенных решеток // Антенны. 2022. № 1. С. 5–25. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202201-01

1. Задорожный В.В., Ларин А.Ю., Оводов О.В., Христианов В.Д. Оптимизация приемных цифровых антенных решеток // Антенны. 2012. № 9. С. 24–31.
2. Волошин В.А., Ларин А.Ю., Мануилов М.Б., Оводов О.В. Электродинамическое моделирование излучающего раскрыва многоэлементной ФАР с v-образными вибраторами // Общие вопросы радиоэлектроники. 2009. Вып. 1. С. 26–30.
3. Патент № 2542892 РФ. Симметричный вибратор / В.А. Волошин, В.В. Задорожный, Н.А. Козлов, А.Ю. Ларин и др. Опубл. 27.02.2015. Бюл. № 6.
4. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование. М.: Радиотехника. 2006.
5. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Мушников В.В. Разработка малогабаритных широкополосных антенн для аварийно-спаса­тельных буев и автономных датчиков // Сб. трудов МНТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ-2007. Таганрог. 2007.
6. Логвиненко Е.Л., Сокол А.В. Широкополосная печатная симметричная вибраторная антенна УВЧ-диапазона // Антенны. 2012. № 9. С. 86–89.
7. Патент № 2638082 РФ. Фрактальный излучатель / А.Ю. Ларин, И.С. Омельчук и др. Опубл. 11.12.2017. Бюл. № 35.
8. Патент № 2592731 РФ. Способ построения антенной решетки / В.В. Задорожный, С.И. Карабутов, А.Ю. Ларин и др. Опубл. 27.07.2016. Бюл. № 21.
9. Загребнев А.С., Логвиненко Е.Л., Потыкун А.В. Исследования турникетных вибраторных и щелевых излучателей круговой поляризации, используемых в качестве элементов антенной решетки с широким сектором сканирования // Общие вопросы радиоэлектроники. 2011. Вып. 1. С. 16–27.
10. Волков А.П., Козлов К.В., Асиновский Г.С., Мезин В.Р. Низкопрофильный двухполяризационный излучатель АФАР Р-диа­пазона // Антенны. 2016. № 9. С. 96–101.
11. Задорожный В.В., Ларин А.Ю., Карабутов С.И., Трекин А.С. Разработка микрополосковых излучателей для антенных решеток Х-диапазона с расширенной полосой рабочих частот // Радиотехника. 2014. № 8. С. 96–100.
12. Патент № 2667340 РФ. Микрополосковая антенна / В.В. Задорожный, С.И. Карабутов, А.Ю. Ларин и др. Опубл. 18.09.2018. Бюл. № 26.
13. Патент № 2705937 РФ. Микрополосковая антенна / В.В. Задорожный, С.И. Карабутов, А.Ю. Ларин и др. Опубл. 12.11.2019. Бюл. № 32.
14. Schuss J.J., , Upton J., Myers B., Sikina T. et al. The IRIDIUM main mission antenna concept // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1999. V. 47. № 3. P. 416–424.
15. Moussessian A., DiDomenico L., Edelstein W. Architectural study of active membrane antennas // 9th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics. 2002. P. 1–4.
16. Air & missile defense radar (AMDR) AN-SPY-6(V). Raytheon. 2015.
17. Weiner M. Missile defense system fight in Washington puts Lockheed's Syracuse-area jobs in crosshairs [Электронный ресурс] / URL: www.syracuse.com.
18. Задорожный В.В. Стрельченко Л.И., Стрельченко С.А. Метод синтеза разреженной излучающей системы АФАР с заданным коэффициентом заполнения на основе генетического алгоритма // Общие вопросы радиоэлектроники. 2018. Вып. 1. С. 42–49.
19. Задорожный В.В., Стрельченко Л.И., Стрельченко С.А. Метод снижения количества каналов в активной фазированной антенной решетке на основе топологической оптимизации излучающей системы // Радиотехника. 2019. № 9. С. 163–175.
20. Holzwarth S., Litschke O., Simon W., et al Highly integrated 8x8 antenna array demonstrator on LTCC with integrated RF circuitry and liquid cooling // Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation. 2010. P. 1–4.
21. Shahramian S., Holyoak M., Singh A., et al A fully integrated scalable W-band phased-array module with integrated antennas, self-alignment and self-test // IEEE International Solid-State Circuits Conference. 2018. P. 74–76.
22. Kodak U., Rupakula D., et al A 62 GHz Tx/Rx 2x128-element dual-polarized dual-beam wafer-scale phased-array transceiver with minimal reticle-to-reticle stitching // IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. 2019. P. 335–338.
23. A compact 140 GHz radar chip for detecting small movements, such as heartbeats. IMEC Corp. 2019. P. 1–7.
24. Шелин А.Ю. РЛС Н-011М БАРС [Электронный ресурс] / URL: www.ppt-online.org.
25. Imaging radar and IFF interrogator system (IRIS) AN/APS-143G(V)1. Telephonics Radar Systems. 2012.
26. Clark Т., Jaska E. Million element ISIS array // IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology. 2010. P. 29–36.
27. Qu X., Zhong S.S., Zhang Y.M., Wang W. Design of an S/X dual-band dual-polarised microstrip antenna array for SAR applications // IET Microwave Antennas & Propagation. 2007. № 1. P. 513–517.
28. Isleifson D., Shafai L. A study on the design of dual-band perforated microstrip antennas for SAR applications // IEEE International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics. 2012. P. 1–3.
29. Coman C.I., Lager I.E., Ligthart L.P. Multifunction antennas – the interleaved sparse sub-arrays approach // Proceedings of the 3rd European Radar Conference. 2006. P. 315–318.
30. Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки. М.: Радиотехника. 2009.
31. Kindt R., Pickles W. Ultrawideband all-metal flared-notch array radiator // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. V. 58. № 11. P. 3568–3575.
32. Деркачев П.Ю., Мануилов М.Б. Электродинамический анализ активных фазированных антенных решеток миллиметрового диапазона на основе излучателей Вивальди // Антенны. 2012. № 9. С. 47–54.
33. Гринев А.Ю., Багно Д.В., Мосейчук Г.В., Синани А.И. Широкополосные системы излучения для антенных систем с электронным управлением лучом многофункциональных радиоэлектронных комплексов // Антенны. 2013. № 3. С. 3–13.
34. Ильин Е.В., Милосердов М.С., Темченко В.С. Печатная логопериодическая фазированная антенная решетка L-диапазона, размещенная в ограниченном объеме // Антенны. 2013. № 3. С. 14–21.
35. Holter H. Dual-polarized broadband array antenna with BOR-elements, mechanical design and measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. V. 55. № 2. P. 305–312.
36. Lee J.J., Livingston S., Koenig R. A low-profile wide-band (5:1) dual-pol array // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2003. V. 2. P. 46–49.
37. Tzanidis I., Doane J.P., Sertel K., Volakis J.L. Wheeler’s current sheet concept and Munk’s wideband arrays // Proceedings of IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. 2012. P. 1–2.
38. Zhang H., Yang S., et al Ultrawideband phased antenna arrays based on tightly coupled open folded dipoles // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2019. V. 18. № 2. P. 378–382.
39. Elsallal M., Mather J. An ultra-thin, decade (10:1) bandwidth, modular “BAVA” array with low cross-polarization // Proceedings of IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. 2011. P. 1980–1983.
40. Logan J.T., Vouvakis M.N. On the design of 6:1 mm-wave PUMA arrays // Proceedings of IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2013. P. 626–627.
41. Cooley M., Essman S., Quade S., Geibel S., Spence T., Fontana T., Kenny B. Planar-fed folded notch (PFFN) arrays: A novel wideband technology for multi-function active electronically scanning arrays (AESAs) // IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology. 2016. P. 1–6.
42. Konkol M.R., Ross D.D., Shi S., Harrity C.E., et al. Photonic tightly coupled array // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. V. 66. № 5. P. 2570–2578.
43. Зайцев Д.Ф., Андреев В.М., Биленко И.А. и др. Первая радиофотонная фазированная антенная решетка // Радиотехника. 2021. № 4. С. 153–164.